含有(2,2,3,3,?四氟丙基)碳酸甲酯的鋰電池電解質溶液制造技術

一種電池電解質溶液含有溶解于溶劑相中的鋰鹽，所述溶劑相包含至少10重量％的(2,2,3,3?四氟丙基)碳酸甲酯。所述溶劑相包含任選的其它溶劑材料，如4?氟乙烯碳酸酯和其它碳酸酯溶劑。此電池電解質即使在用于所述陰極材料具有相對于Li/Li

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】含有(2,2,3,3,-四氟丙基)碳酸甲酯的鋰電池電解質溶液本專利技術涉及用于鋰電池的非水性電解質溶液。鋰電池廣泛用作車輛和許多類型的電子設備的一次和二次電池。這些電池組傾向于具有高能量和低功率密度并且因為所述原因而在許多應用中使用。原則上，通過增加電池的工作電壓可增加電池的能量和功率密度。為此目的，已開發陰極材料，其具有4.5V或更大的操作電位(相較于Li/Li+)。鋰電池中的電解質溶液必然地為非水性類型的。非水性電解質溶液總體上為在有機溶劑或有機溶劑混合物中的鋰鹽的高介電常數溶液。電解質溶液的一個重要屬性是其必須在初始電池充電循環期間在陽極上形成穩定的固體電解質界面(SEI)層。SEI層用于保護陽極免于與電解質溶液的另外的不必要反應且因為所述原因，SEI層對于電池性能至關重要。如果沒有SEI層形成或如果SEI層并不致密或不穩定，那么電池將不佳地操作(如果可操作)。SEI形成涉及電解質溶液各種組分的復雜電化學反應。這些反應未被完全理解且取決于電解質溶液含有的特定材料而變化。陽極和陰極電壓也起到作用。由于反應如此復雜，所以極難以預測特定候選溶劑將形成SEI層的好壞程度。實際上，在SEI形成方面，即使不同溶劑在化學上非常相似時，其表現也非常不同。舉例來說，碳酸酯常用作電解質溶劑。在這些溶劑中，碳酸亞乙酯在一些操作電位下是相對良好的SEI形成劑，但其它碳酸酯卻并非如此。添加劑有時加入基于碳酸酯的電解質溶液以促進SEI形成。一系列化合物已嘗試作為基于碳酸酯的溶劑系統中的SEI促進添加劑，其成功程度不同。其性能往往極大地取決于電解質溶液中存在的其它材料。許多SEI促進添加劑在特定溶劑系統中很好地起作用而在其它溶劑中不佳地起作用。因為這些原因，極難預測特定電解質溶液將形成有效SEI層的好壞程度。在形成SEI層以后，重要的是溶液在電池操作條件下盡可能地化學穩定、電穩定和熱穩定。如果電解質溶液降解，那么電池的容量將隨時間減小。對于所謂的“二次”電池(其被被設計成在其使用壽命期間多次再充電)，容量的這種損失變成嚴重問題。這在每個連續放電循環期間限制電池性能并減少電池可充電和放電的次數。結果是顯著減少電池使用時間。因此，電池電解質溶液必須能夠首先在陽極反應來形成穩定SEI層，并且其后反應盡可能少，因此電池性能最大化。電解質穩定性的問題隨著陰極的操作電位增加而變得更明顯，因為在較高電壓下越來越少的材料為電化學穩定的。當操作電位小于3伏時，存在相對大量的可用電池電解質溶劑。隨著較新陰極材料被開發，操作電位已提高到超過4伏(相對于Li/Li+)。在這些電位下，許多電解質溶劑無法使用，因為其電化學地降解。更為較新的陰極材料(如富鋰和分層型)具有4.5伏或更高(相較于Li/Li+)的操作電位。在這些電位下，極難發現形成良好SEI層且具有良好循環穩定性的電池電解質溶液。即使碳酸亞乙酯也容易在這些電位下發生降解。在一個方面中，本專利技術為電池電解質溶液，其包含至少一種溶解于鋰鹽在其中可溶的非水性溶劑相中的鋰鹽，其中至少10重量％的非水性溶劑相為(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯。本專利技術此外為包含陽極、陰極、安置于陽極與陰極之間的分離器以及與陽極和陰極的非水性電池電解質溶液接觸的電池，其中電池電解質溶液包含至少一種溶解于鋰鹽在其中可溶的非水性溶劑中的鋰鹽，且非水性溶劑相的至少10重量％為(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯。已發現本專利技術的電解質溶液在鋰電池中形成有效且穩定的SEI層。根據本專利技術的鋰電池具有極良好能量和功率密度，以及極好的倍率性能。本專利技術的顯著優點在于循環性能。在通過多次充放電循環之后，本專利技術的電池保持明顯高比例的其初始容量。本專利技術的電解質溶液在電池中具有特定優點，其中在電池陰極中的至少一種陰極材料具有相較于Li/Li+至少4.5V的工作電壓。因此，本專利技術的優選的電池具有包含此類陰極材料的陰極。當(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯以與一或多種其它溶劑的混合物形式存在時，獲得尤其良好的結果。一種此類混合物為(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯、氟乙烯碳酸酯以及碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的任一者或兩者的混合物。在此類實施例中，這些組分在一起可構成溶劑相的總重量的80％或更大。電池電解質溶液的主要組分為至少一種鋰鹽和包括(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯的非水性溶劑相。出于本專利技術的目的，“溶劑相”包括除鋰鹽外的電池電解質溶液的所有組分。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯構成溶劑相的至少10重量％。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯具有以下結構：鋰鹽可為適合于電池使用的任何鋰鹽，包括無機鋰鹽，如LiAsF6、LiPF6、LiB(C2O4)2、LiBF4、LiBF2C2O4、LiClO4、LiBrO4和LiIO4，以及有機鋰鹽，如LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiN(SO2C2F5)2和LiCF3SO3。LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2為優選的類型，且LiPF6為尤其優選的鋰鹽。鋰鹽適當地以每升電解質溶液至少0.5摩爾、優選地至少0.75摩爾達至3摩爾、更優選地達至1.5摩爾、更優選地達至1.25摩爾、且在一些實施例中達至1.1摩爾的濃度存在。在一些實施例中，量為1.05到1.25摩爾/升。在一些實施例中，(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯為非水性溶劑相的唯一組分。在其它實施例中，非水性溶劑相含有(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸乙酯以及一或多種其它組分。在此類實施例中，(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯構成非水性溶劑相的至少10重量％。除(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯之外，非水性溶劑相可包括一或多種用于鋰鹽的額外溶劑。此類額外溶劑優選地以存在的相對比例與(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯可混溶。此類額外溶劑的實例包括例如一或多種線性碳酸烷基酯、環狀碳酸酯、環狀酯、線性酯、環狀醚、烷基醚、腈、砜、環丁砜、硅氧烷和磺內酯。可使用前述類型中的任何兩種或更多種的混合物。環狀酯、線性碳酸烷基酯和環狀碳酸酯是優選類型的非水性溶劑。適合的線性碳酸烷基酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。適合的環狀碳酸酯包括碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞丁酯、4-氟乙烯碳酸酯、3,4-二氟乙烯碳酸酯等。適合的環狀酯包括例如γ-丁內酯和γ-戊內酯。環狀醚包括四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、四氫吡喃等。烷基醚包括二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷等。腈包括單腈，如乙腈和丙腈；二腈，如戊二腈；以及其衍生物。砜包括對稱砜，如二甲基砜、二乙基砜等；不對稱砜，如乙基甲基砜、丙基甲基砜等；以及其衍生物。環丁砜包括四亞甲基環丁砜等。在一些實施例中，非水性溶劑相為包括(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯和至少一種其它碳酸鹽溶劑的混合物。此類非水性溶劑相中的碳酸酯溶劑可為例如碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、4-氟乙烯碳酸酯、3,4-二氟乙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一或多種。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯構成此類非水性溶劑相的至少10重量％，優選地至少20重量％并且更優選地至少30重量％。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯可構成此類非水性溶劑相的至多99重量％，優選地至本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種包含溶解于非水性溶劑相中的至少一種鋰鹽的電池電解質溶液，其中至少10重量％的所述非水性溶劑相為(2,2,3,3?四氟丙基)碳酸甲酯。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.05.27 US 62/0034111.一種包含溶解于非水性溶劑相中的至少一種鋰鹽的電池電解質溶液，其中至少10重量％的所述非水性溶劑相為(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯。2.根據權利要求1所述的電池電解質溶液，其中所述非水性溶劑相包括線性碳酸烷基酯、環狀碳酸酯、環狀酯、線性酯、環醚、烷基醚、腈、砜、環丁砜、硅氧烷和磺內酯中的一或多種。3.根據權利要求1所述的電池電解質溶液，其中所述非水性溶劑相含有碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、4-氟乙烯碳酸酯、3,4-二氟乙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一或多種。4.根據權利要求1所述的電池電解質溶液，其中所述非水性溶劑相包括4-氟乙烯碳酸酯。5.根據權利要求1所述的電池電解質溶液，其中所述非水性溶劑混合物含有a)30到95重量％(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯，和b)5到30重量％4-氟乙烯碳酸酯，所述重量按組分a)和b)的組合重量計。6.根據權利要求1所述的電池電解質溶液，其中所述溶劑含有a)85到95重量％(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯和5到15重量％4-氟乙烯碳酸酯，所述重量按組分a)和b)的組合重量計。7.根據權利要求5或6所述的電池電解質溶液，其中組分a)和b)構成所述非水性溶劑相的95到100重量％。8.根據權利要求1所述的電池電解質溶液，其中所述溶劑含有a)30到85重量％(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯、b)5到30重量％4-氟乙烯碳酸酯和c)10到60重量％選自碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的一或多者的線性碳酸烷基...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪琳，D·A·布魯納，R·B·香卡，M·M·揚基，
申請(專利權)人：陶氏環球技術有限責任公司，
類型：發明
國別省市：美國,US